熱電運動素子による新しい学術領域と新産業の創生

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11792009
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 圓山 重直 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80173962)
• 研究分担者: 松本 實 東北大学, 素材工学研究所, 講師 (30006043) ; 小濱 泰昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60006202) ; 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065) ; 江刺 正喜 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20108468) ; 山家 智之 東北大学, 加齢医学研究所, 助教授 (70241578)
• キーワード: ペルチェ素子 / 形状記憶合金 / ペルチェ運動素子 / 熱電運動素子 / 能動カテーテル / 人工心筋

研究概要

本研究では、電気で熱を移動させるペルチェ素子と、温度によって形状が変化する形状記憶合金を融合させた新しいアクチュエータである熱電運動素子を開発し、医療・福祉産業への応用展開を行うことを目的としている。
ペルチェ素子は一定状態で作動させたときの冷却能力に限界があるが、熱を電気で移動させる素子で利用すると、電気ヒーターよりはるかに効率良く加熱冷却が可能である。形状記憶合金の作動には通常、電気加熱が用いられるが、効率や応答速度に限界がある。ペルチェ素子と形状記憶合金を融合しペルチェ運動素子とすることによって、アクチュエータの小型高速化と効率化ができる可能性がある。
そこで、形状記憶合金とペルチェ素子から成る新しい形式の熱電運動素子を提案し、熱電運動素子を医療用能動カテーテルおよび人工心筋に適用した。カテーテルについては、前年度のものより長い、長さ319mm、直径8mmの構造のものを製作し、性能評価を行ったところ、前年度に比べ大きな曲がりおよびねじれ動作を得た。また、能動カテーテルの小型化を目指す開発の初期段階として、パイプ状形状記憶合金の性能評価を行い、直径5mm程度の細い能動カテーテルの製作できる見通しを得た。人工心筋については、ヒートシンクの形状を変更し、また、ペルチェ素子、形状記憶合金、電極との配列を見直すことで、前年度よりコンパクトな構造のものを製作した。その動作性能は、コンパクト化したにも関わらず、心筋に求められる1Hzの動作を達成した。
以上の結果から、本年度の研究成果は100%以上の目標が達成された。

研究成果

• [文献書誌] 楠本淳二: "人工心臓を目指した能動アクチュエータの開発と流動に関する研究"日本機械学会東北支部35期総会・講演会 講演論文集. 192-193 (2000)
• [文献書誌] Shigenao Maruyama: "Proposal of Thermoelectric Actuator and Development of Active Catheter"JSME International Journal, Series B. Vol.43・No.4. 712-718 (2000)
• [文献書誌] Shigenao Maruyama: "Proposal of Thermoelectric Actuator and Development of Active Catheter"Proceedings of The Fourth JSME-KSME Thermal Engineering Conference. Vol.3. 679-684 (2000)
• [文献書誌] Shigenao Maruyama: "Basic Development of Mechanical Cardiac Muscle Using Thermoelectric Actuator"Proceedings of Third International Symposium on Shape Memory Alloys and Related Technology (SMART-2000). IFS-TMO12. 18-21 (2000)
• [文献書誌] 羅雲: "熱電変換素子を用いた形状記憶合金アクチュエータ"日本AEM学会誌. Vol.8・No.3. 109-116 (2000)
• [文献書誌] Y.Luo: "Application of an SMA Valve to Artificial Sphincters"Proceedings of Third International Symposium on Shape Memory Alloys and Related Technology (SMART-2000). IFS-TMO12. 22 (2000)
• [文献書誌] M.Matsumoto: "The Change of Specific Heat Accompanied with Phase Transformations of Nonstoichiometric Ni_2MnGa"Proceedings of Third International Symposium on Shape Memory Alloys and Related Technology (SMART-2000). IFS-TMO12. 9-10 (2000)
• [文献書誌] V.V.Khovailo: "Premartensitic and Martensitic Phenomenon in Ni-Mn-Ga Alloys"Proceedings of Third International Symposium on Shape Memory Alloys and Related Technology (SMART-2000). IFS-TMO12. 45 (2000)
• [文献書誌] R.Note: "Control Method of Ni_2MnGa Alloy's Composition"Proceedings of Third International Symposium on Shape Memory Alloys and Related Technology (SMART-2000). IFS-TMO12. 53 (2000)
• [文献書誌] J.Qiu: "High-Speed Response of SMA Actuator"Proceedings of Third International Symposium on Shape Memory Alloys and Related Technology (SMART-2000). IFS-TMO12. 60-61 (2000)
• [文献書誌] 棚橋善克: "極細径超音波プローブによる診断"泌尿器科紀要. 46巻. 861 (2000)
• [文献書誌] 棚橋善克: "泌尿器科領域における超音波の最新技術とBreakthrough"第88回日本泌尿器科学会総会パネルディスカッション「尿路画像診断における最新技術」. 14-18 (2000)